中文摘要：

随着光伏行业的快速发展，冶金法提纯多晶硅制造技术在我国的地位已日渐突出，在冶金法中金属杂质和磷杂质的去除问题已经基本解决。硼杂质的去除已成为打通冶金法提纯太阳能级多晶硅集成技术的瓶颈。本项目主要利用Si-Al-Zn三元合金系在凝固过程中，固液分离时杂质硼在初晶硅和熔体中分配不同的现象，研究不同成分合金冷凝偏析过程中杂质硼在初晶硅与三元合金熔体之间的分凝特性，以及不同成分合金的凝固行为对杂质硼分凝效果的影响；同时引入感应加热定向凝固、电阻加热定向凝固两种凝固方式，研究不同的凝固环境对杂质硼分凝特性以及对初晶硅与共晶组织分离情况的影响。通过上述研究，阐明在不同成分合金熔体中，硼原子在硅固体与合金熔体界面的迁移规律，明晰金属Al和Zn在提纯金属硅中杂质硼的作用机理，构建Si-Al-Zn合金除硼模型，为合金精炼提纯硅材料奠定理论基础。

结论摘要：

本项目采用Si-Al-Zn(Sn)合金凝固精炼方法去除多晶硅中B杂质，研究合金成分、冷却制度等参数对合金微观组织形貌、初晶硅回收率以及B杂质分凝行为的影响。本研究主要得到以下结论(1) 金属Zn的添加能改变Si-Al合金中初晶硅的宏观分布与微观形貌，使得板块状初晶硅形貌变的不规则、长度变短、宽度变宽，同时极易包裹熔剂金属，造成初晶硅纯度降低。（2）Si-Al-Zn合金凝固精炼过程中冷却速度的优化900-600℃温度范围内，B杂质去除率随着冷却速率的减小而增大，呈反比关系。600-20℃温度范围内，B杂质去除率随冷却速率增大而增大，呈正比关系。当冷却速为3 ℃/min 随后淬火处理时，B杂质由初始14.8 ppmw降低到1.3 ppmw，去除率91.2%；（3）Si-Al-Zn合金凝固精炼过程中凝固阶段的优化在相同初始温度和冷却速率的条件下，选用高于二元共晶温度对Si-Al-Zn合金淬火，B杂质去除率随着淬火温度的降低而升高；相反，低于二元共晶温度淬火，B杂质去除率随淬火温度的降低而下降。因此选用在略高于二元共晶温度的温度下对Si-Al-Zn合金淬火，可提高B去除率。(4) 为了优化合金熔炼过程，选择金属Sn替代金属Zn研究，结果表明金属Sn的添加可影响合金的相析出行为，提高初晶硅的回收率，同时影响B元素的分凝行为，使其在Si-Al-Sn合金各相中呈阶梯状分布，最终富集于Sn相中；Sn的添加可增大B元素在Sn-Al熔体中的热力学不稳定性，使其在Si-Al-Sn合金中的分凝系数增大，向35.4mol%Si-Al合金中添加金属Sn，初晶硅中B元素去除率随着Sn含量的添加而显著降低，当Sn添加量为30mol%时，B杂质去除率由初始的65.5%降低至40.5%。Sn与B元素之间显示较强的排斥左右；采用定向凝固方法成功在Si-Al-Sn合金中生长得到块体Si，避免了金属夹杂。